從技術(shù)到餐桌，3D食品打印如何“印”出十億級藍海市場

//作者：FDL數(shù)食主張??-- 阿戳
//正文：共7517字

當(dāng)食品遇上3D打印，“印”出你所想。

在過去的幾十年里，無數(shù)的高新技術(shù)接二連三般誕生，改變著人們生活的同時也創(chuàng)造出一個個奇跡，而3D打印便是其中之一。

它的應(yīng)用范圍從藝術(shù)、環(huán)境、建筑再覆蓋到武器、醫(yī)藥，甚至乎太空，就在今年夏天美國佛羅里達州便成功發(fā)射出全球第一支全3D打印火箭。

自然而然，用3D打印制成食品就更不在話下了

近年來，3D食品打印在國內(nèi)外的應(yīng)用可謂是風(fēng)生水起。FDL數(shù)食主張觀察到，目前為止海外已經(jīng)成功通過3D打印技術(shù)推出30多種不同的食品產(chǎn)品，種類囊括了糖果、烘焙食品、零食、果蔬，甚至部分肉制品與奶制品。

據(jù)市場研究公司MARKETS and MARKETS預(yù)測，到2025年全球3D食品打印市場規(guī)模將達到4.25億美元。在2018至2025年間，該市場復(fù)合年增長率（CAGR）也將高達54.75%。

而根據(jù)市場研究咨詢公司Emergen Research的最新分析，預(yù)計到2027年全球3D食品打印市場規(guī)模將達到10.154億美元，并在預(yù)測期內(nèi)實現(xiàn)強勁的兩位數(shù)復(fù)合年增長率。

說不定，在不久的將來，我們一日三餐都能吃上3D打印出來的食物。

如此，到底什么是3D食品打印呢？它的發(fā)展歷程又是怎樣的？當(dāng)食品遇上3D打印究竟能碰撞出怎樣的火花？能否為人們帶來更多全新的可能性？本文，F(xiàn)DL數(shù)食主張將和大家一起來聊聊這個強大而有意思的“新奇玩意”。

3D食品打印，從上天說起

3D食品打印，即是利用積層制造（又稱加法制造）的技術(shù)生產(chǎn)出食品的過程。而積層制造，說白了就是通過將物料逐層堆積，不需要造模也能制成一件實物，有助于減少制作工序，縮短制造周期，達到靈活而有效的生產(chǎn)。

大部分人將3D食品打印的起源歸于2006年美國宇航局的一個太空食品研究項目，這個項目主要是計劃將3D打印這項高新技術(shù)應(yīng)用到宇航員的日常食物中。

可能是受此啟發(fā)，同年在美國康奈爾大學(xué)，一群熱衷于3D打印的機械系學(xué)生創(chuàng)造出第一臺用于打印食物原料的3D打印機Fab@Home，它與RepRap（replicating rapid prototyper）被譽為引發(fā)了消費市場3D打印革命的世界上最早兩臺開源DIY 3D打印機，人們可以運用它印出包括巧克力、餅干面團、起司等食物。

當(dāng)時，3D打印行業(yè)的發(fā)展受高成本與封閉性等原因被有所限制，F(xiàn)ab@Home的出現(xiàn)大大提升了3D打印技術(shù)的可及性與創(chuàng)新探索水平。

于是乎，從2007至2009年，位于美國加州的一個小型機械實驗機構(gòu)Evil Mad Scientist Laboratories就成功建造出三臺DIY 3D打印機CandyFab 4000、5000和6000。據(jù)悉，CandyFab系列機器能夠使用一種稱為選擇性熱空氣燒結(jié)和熔化 (SHASAM) 的新工藝，通過將糖粒與熱空氣一起熔化，從而在低成本下用純糖打印出食品。

而到了2012年，由Choc Edge研發(fā)的Choc Creator 3D打印機也正式問世，這是第一臺商業(yè)性的3D巧克力打印機。

Choc Edge的目標是通過集成最新的3D巧克力打印技術(shù)，徹底改變巧克力的創(chuàng)作和消費體驗，使消費者能夠獲得前所未有的個性化、靈活化和自主創(chuàng)作的參與感。自推出Choc Creator 3D后，Choc Edge也一直在努力做出改進與提升，使其盡可能方便更多用戶使用，并吸引更多對3D食品打印感興趣但缺乏技術(shù)知識的人。

隨著3D食品打印技術(shù)的逐步提升，人們開始嘗試將它延伸到更多領(lǐng)域。

2013年，Modern Meadow公司首次采用3D打印技術(shù)成功生產(chǎn)出人造肉。遺憾的是，由于該企業(yè)效益不佳，后來從3D打印人造肉轉(zhuǎn)做人造皮革。自此之后，3D打印肉陷入了一段無人問津的狀態(tài)，直到2018年，植物肉概念的突然火熱才重新將3D打印肉帶回大眾眼球。

2018年，巴塞羅那創(chuàng)業(yè)公司Novameat成功運用3D打印技術(shù)制成全球第一款不含肉但有肉口感的蔬菜排。據(jù)悉該公司的創(chuàng)始人Giuseppe Scionti是一位組織工程和生物醫(yī)學(xué)專家，在加泰羅尼亞理工大學(xué) (UPC) 工作了十多年，一直研究使用生物打印技術(shù)制造不同人體器官組織。

在他的一個項目中，他通過3D打印技術(shù)創(chuàng)造出人耳的原型。他很快意識到，如果3D打印機可以很好地模仿人體組織，換言之也能很好地生成一種與動物組織具有相同質(zhì)地的肉類替代品。

目前，Giuseppe Scionti已擁有模仿肉組織自然紋理的微應(yīng)變專利，他使用的3D打印機也隸屬于UPC的技術(shù)中心CIM Foundation。

當(dāng)食物遇上3D打印

其實，3D食品打印與3D打印的運作原理是相同的，它會根據(jù)已創(chuàng)建并加載到打印設(shè)備的數(shù)字文件或者由用戶通過控制面板設(shè)計出的各種具有個性的造型，運用某種柱塞或空氣壓縮把材料進行擠壓，再通過噴頭將材料以層層疊加的方式“打印”出來，即上述的積層制造。

只不過，區(qū)別于3D打印，它使用的原材料換成了各種經(jīng)過絞碎、混合或濃縮成漿的食物。

目前，3D食品打印所用到的食材可以從組成成分的角度，大致歸納為五大類：碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、膳食纖維以及功能成分，F(xiàn)DL數(shù)食主張選取了以下海內(nèi)外代表性案例展開介紹：

·碳水化合物：Barilla（意大利）

由于復(fù)雜形狀的手工意大利面制作成本太高，耗時太長，使用傳統(tǒng)機器也難以達到完美塑造。

因此，意大利面食品牌Barilla在2019年推出旗下3D食品打印機BluRhapsody。據(jù)悉，該機器能以意大利粉漿為原材料3D打印出復(fù)雜的面食形狀。

BluRhapsody對外宣傳了12種3D打印形狀，包括蛤蜊狀、海膽狀、花瓶狀等。而渴望個性化餐飲體驗的廚師和消費者還能根據(jù)自己的喜好定制出更多不同尺寸、形狀、顏色或口味的3D打印面食。

·脂肪：時印科技（中國）

中國3D食品打印機生產(chǎn)商時印科技旗下“盼打”品牌于2019年推出國內(nèi)首款自助式3D巧克力打印機。據(jù)了解，這款自助式3D打印巧克力設(shè)備是世界上打印速度最快的3D巧克力打印機，消費者可以通過微信掃碼選擇自己喜歡的模型進行現(xiàn)場打印。據(jù)“盼打”的制造商杭州時印科技透露，目前已經(jīng)在全國鋪設(shè)了500多臺設(shè)備，覆蓋了科技館、博物館、游樂園等場所。

·蛋白質(zhì)：Redefine Meat（以色列）

以色列公司Redefine Meat推出的3D食品打印制成的“New-Meat”植物肉產(chǎn)品系列，包括6盎司漢堡包、香腸、"羊肉"串、碎牛肉和烤肉等。該系列產(chǎn)品均以植物蛋白為原材料，經(jīng)3D打印取代細胞培養(yǎng)方法制成，打印速度高達為每小時10公斤。

2022年，Redefine Meat成功獲得1.35億美元融資。迄今為止，其總?cè)谫Y額已超過1.7億美元。Redefine Meat的New-Meat產(chǎn)品已在以色列、荷蘭、德國和英國的120多家餐廳中銷售。

·膳食纖維：新加坡南洋理工大學(xué)(NTU Singapore)、新加坡科技與設(shè)計大學(xué) (SUTD)和Khoo Teck Puat醫(yī)院(KTPH)

由NTU Singapore、SUTD和KTPH組成的研究團隊于2021年開發(fā)了一種可以從新鮮或冷凍蔬菜中提取“食品墨水”的新方法，比現(xiàn)有的工藝能更好地保存蔬菜的營養(yǎng)和風(fēng)味。通常，蔬菜3D打印食品的油墨會由液態(tài)或半固態(tài)形式的糊狀食材制成，然后通過噴嘴擠出進行打印，并逐層組裝，但這種方法通常要添加較高比例的食品添加劑以穩(wěn)定食材并實現(xiàn)更順暢的打印，往往會降低成品的口味、質(zhì)地或香氣。

而該研究團隊的新技術(shù)不僅更好地保留了蔬菜的營養(yǎng)，使成品更可口，同時有效促進食用者的膳食吸收，有利于身體健康。

·功能成分：REM3DY Healthy（英國）

英國REM3DY Health公司旗下品牌Nourished將多種功能成分作為原料，進行3D食品打印，推出定制化的功能性軟糖，旨在引領(lǐng)個性化的3D打印營養(yǎng)。

這款軟糖是由七層不同營養(yǎng)成分組成，每一層成分均是由每個消費者根據(jù)個人營養(yǎng)需求定制，營養(yǎng)分析后臺會幫助消費者有效避免不同成分之間會造成的負面作用。據(jù)悉，Nourished提供約40種營養(yǎng)成分選擇，包括β-葡聚糖、輔酶Q10、5-HTP、葉酸等。

Nourished在成功打造專為成年人推出的這款功能性軟糖后，計劃推出兒童營養(yǎng)品。REM3DY Health也在2021年成功籌集1100萬美元資金用于項目發(fā)展，目前估值為7160萬美元。

3D食品打印的未來

隨著科技的不斷進步，3D食品打印技術(shù)勢必會朝著更加精密、更加智能、更加通用的方向發(fā)展，其應(yīng)用范圍與受眾人群也將越來越廣泛。

伯明翰大學(xué)的研究人員在針對食品3D打印范圍有關(guān)的各種方法和材料發(fā)表的一篇論文，當(dāng)中也評論道：“3D食品打印，是一個能提供娛樂體驗、個性化食品及特定營養(yǎng)需求的廣闊領(lǐng)域?！?/p>

因此，F(xiàn)DL數(shù)食主張結(jié)合海內(nèi)外3D食品打印應(yīng)用的創(chuàng)新案例，為大家總結(jié)出以下3個主要趨勢方向，希望為食品飲料行業(yè)提供更多借鑒的經(jīng)驗和啟發(fā)。

1、永不停歇：可持續(xù)

在2022年的今時今日，可持續(xù)這個話題仿佛已經(jīng)是老生常談了，連3D食品打印技術(shù)也不例外。

據(jù)新加坡科技與設(shè)計大學(xué)研究團隊發(fā)現(xiàn)，將3D食品打印應(yīng)用于藻類、植物及昆蟲等替代蛋白或替代肉類的產(chǎn)品打造中，不僅能降低溫室氣體的排放量以及傳統(tǒng)飼養(yǎng)的水土使用量，減少對動物的過量捕殺或捕撈，同時也能有效提高產(chǎn)品在味道、質(zhì)地、外觀及營養(yǎng)特性上的模仿度，使消費者更易接受。

·MeaTech

以色列初創(chuàng)公司MeaTech致力于在不需要屠宰動物的前提下，開發(fā)出打印真肉的技術(shù)。首先，他們會收集動物的脂肪及肌肉細胞，將其分離成生物墨水，并裝入3D生物打印機。然后，這些3D打印單元中的細胞將被孵化，在較短的時間內(nèi)有機生長和成熟為結(jié)構(gòu)化的肉類組織。

通過這個方法，將極大地影響肉類行業(yè)的負面影響，減少為屠宰而飼養(yǎng)的動物數(shù)量及其伴隨的甲烷排放、用水量、土壤污染、為生產(chǎn)放牧地而砍伐森林。

MeaTech認為，3D打印的肉塊還可以用3D打印機進行特別定制，包括在肉中增加脂肪顆粒以增強風(fēng)味，強化額外提供的營養(yǎng)；或降低膽固醇和脂肪以促進飲食健康；或用數(shù)字化渲染肉塊以保持質(zhì)量的一致性。另一方面，通過在臨床實驗室環(huán)境中3D打印出肉產(chǎn)品，能最大程度達到清潔要求，降低沙門氏菌和大腸桿菌污染的風(fēng)險，消除農(nóng)藥、激素和抗生素的需求。

據(jù)悉，MeaTech已于2021年3月份成功IPO上市，到目前為止，他們能3D打印出一層薄薄的牛肉。而在今年的7月份，MeaTech的全資子公司Peace of Meat也對外宣布成功通過生物打印建立一個“穩(wěn)定且獨特”的禽類細胞系（avian cell line），且有著明確的升級路徑，與真菌蛋白公司Enough合作，將其禽類脂肪和Enough的真菌蛋白相結(jié)合來開發(fā)混合型肉類替代品。

·Insects Au Gratin

Insects Au Gratin是一個由倫敦南岸大學(xué)LSBU（London South Bank University）的Susana Soares、Andrew Forkes和Ken Spears博士參與合作項目，它將3D食品打印技術(shù)與探索食蟲（食用昆蟲作為食物）相結(jié)合。所有成品的原料均由干燥過的昆蟲研磨成細粉再混合其他食品（如糖霜黃油、巧克力、香料和奶油奶酪）制成。

Susana Soares在接受外部訪問時，就提到項目開展的初衷：“隨著人口的增長，昆蟲將成為解決一些食物問題的重要方法?！甭?lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織也強調(diào)，到2050年的預(yù)測人口將穩(wěn)定增長至90億，這將迫使現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的糧食產(chǎn)量增加，從而對環(huán)境造成更大的壓力。

而昆蟲作為一種豐富的營養(yǎng)來源，其蛋白質(zhì)含量與品質(zhì)均與傳統(tǒng)肉相當(dāng)，膳食纖維含量則比傳統(tǒng)肉高，與谷物相當(dāng)。據(jù)悉，四只蟋蟀提供的鈣與一大杯牛奶一樣多，一只蜣螂的鐵含量甚至比牛排還多。

由于直接將昆蟲作為食用，其外觀和味道可能會讓許多人感到不安，所以3D食品打印應(yīng)用就能更好地幫助消費者克服“吃昆蟲”的傳統(tǒng)審美問題，通過改變昆蟲食物的呈現(xiàn)方式來提升消費者的接受度。

Ken Spears博士表示：“事實證明，使用昆蟲蛋白作為“可打印”食材成功開辟了關(guān)于可持續(xù)性新原料的應(yīng)用和問題，我們也將繼續(xù)利用3D食品打印來鼓勵人們考慮更多新的替代蛋白，為不斷增長的全球人口創(chuàng)造可持續(xù)的食物來源?！?/p>

除此之外，隨著人們對于循環(huán)利用的重視，升級回收食物垃圾在未來的可持續(xù)道路中也扮演著重要角色。

根據(jù)Trendhunter2022年趨勢報告顯示，食物升級循環(huán)已成為來年的重要趨勢，其認為，升級回收不是丟棄生產(chǎn)過程中的食物廢料，而是將這些廢料轉(zhuǎn)化為各種零食、代餐和寵物食品等食品。

而3D食品打印在食物“升級再造”的過程中就能起到巨大的作用。通過將可回收的食物垃圾粉碎與脫水處理后，根據(jù)產(chǎn)品需求進行3D食品打印，就能徹底無視食材原本的形態(tài)，讓那些原本要丟棄的食物以全新的面貌回到人們的餐桌，從而大大降低食物浪費，有效解決糧食短缺的全球問題。

例如，在荷蘭的Upprinting Food，這家公司將不需要的面包、水果和蔬菜等食物殘渣制成果泥，用作食品3D打印機的“墨水”，然后將成品進行調(diào)味，烘焙和脫水成各色藝術(shù)小吃，所得到的產(chǎn)品松脆可口，更耐存放。而西班牙公司Natural Machines的 Foodini甚至可以利用3D打印技術(shù)將魚屑制成美味的海鮮菜肴等。

2、私人定制：個性化

在未來，人口將會持續(xù)不斷地增長，但這并不意味著更多人的飲食或口味會趨向同質(zhì)化。

相反，隨著人們對自身需求的認識逐漸加深，他們會比任何人更了解自己想要什么，需要什么。甚至乎，一個人在不同年齡段所需要的營養(yǎng)或者喜好的口味也會有千變?nèi)f化。所以，個性化定制將會逐步成為食品飲料行業(yè)市場的主流。

在GlobalData的最新調(diào)查中表明，全球71%的消費者認為，根據(jù)他們個人健康需求定制出的產(chǎn)品更加具有吸引力。而Mintel的調(diào)查也顯示，70%的美國消費者表示，希望通過自我保健來加強身心健康。“自我保健”的趨勢正是意味著消費者正在提高對于自身飲食與營養(yǎng)的所有權(quán)和責(zé)任意識。

而3D食品打印的強大之處之一就在于：“印”你所想，從成分到食量，都可以量身打印，真正做到“私人定制”，而上文中提到的Nourished功能性軟糖就是其中生動的例子。

·Open Meals

日本初創(chuàng)公司Open Meals結(jié)合基因組學(xué)和3D食品打印技術(shù)，推出為顧客量身打造壽司的餐廳概念Sushi Singularity。據(jù)悉，每位顧客預(yù)約之后，都會收到一份健康檢測套，要在用餐前約兩周內(nèi)遞交唾液、尿液、排泄物等樣本。餐廳對樣本進行分析后，判斷這名顧客的飲食中缺乏哪些營養(yǎng)元素，然后透過3D食品打印技術(shù)制作出獨一無二的壽司。

另一方面，3D食品打印還可以針對特殊人群打印出具有特殊需求的食物。

例如，針對人口老齡化問題，老人的身體機能逐漸下降，常伴有牙齒脫落、手腳不靈等狀況，這些都會對日常飲食造成一定影響。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國有60%的老年人存在咀嚼和吞咽困難的問題。

3D食品打印的引入能夠?qū)⑹巢奶崆皵囁橹瞥珊隣?，打印出的成品能夠幫助老人免去咀嚼，入口即化，還可以根據(jù)他們的身體需求在食品中添加不同的營養(yǎng)成分作為補充。

3D食品打印的個性定制化除了可以滿足消費者的身體需求外，還可以為人們的無窮創(chuàng)意提供落腳點。

·寶麗來

以拍立得聞名的美國寶利來在2021年推出一款3D糖果筆Polaroid CandyPlay3D Pen，旨在讓消費者可以根據(jù)自己的奇思妙想設(shè)計專屬于自己的糖果風(fēng)味與造型。

據(jù)了解，該產(chǎn)品是從筆尖出來的糖果，可以輕松體驗制作糖果的USB-C充電式設(shè)備。烹飪用紙上畫的插圖和設(shè)計可以直接變成糖來吃。目前，產(chǎn)品有草莓、橙子、檸檬、蘋果、葡萄、可樂6種風(fēng)味，可以替換使用從而享受不同顏色和味道。

3、一鍵烹飪：真正的未來“廚神”

盡管3D食品打印技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到不同的產(chǎn)品制作中，但它仍然面臨著一個巨大障礙。

那就是3D食品打印后的成品仍然需要經(jīng)過烹飪加工后再食用。

但在2021年9月份，來自哥倫比亞大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一個可以使用激光烹飪食物的3D打印系統(tǒng)，旨在將3D打印技術(shù)建立成一個自主的數(shù)字個人廚師。

據(jù)悉，該系統(tǒng)可以在3D打印食物的同時利用激光進行烹飪。團隊使用了雞肉糜作為模擬測試，通過將其暴露在藍光和紅外光下進行加熱。其中，測試研究包括了多種烹飪參數(shù)，包括烹飪深度、顏色發(fā)展、水分保持以及使用激光烹飪的食物和在爐子上烹飪的肉類之間的味道差異。

一個有趣的發(fā)現(xiàn)是，使用激光烹調(diào)的肉比爐子上烹調(diào)的肉縮小了50%，但同時又保留了兩倍的水分含量，且兩者味道相似。在實驗過程中進行的盲品測試中，更有兩名試吃者表示更喜歡用激光烹飪的肉，而不是用爐子烹飪的。

毋庸置疑，3D食品打印作為前沿技術(shù)，它的出現(xiàn)將會成為未來食品飲料創(chuàng)新的風(fēng)向標之一，不過其現(xiàn)有的缺點也不能忽略，包括設(shè)備耗材成本高、打印時間較長、烹飪技術(shù)欠缺等等。

整體而言，3D食品打印其實還處于研究、開發(fā)和實際應(yīng)用的初級階段，尚未取得太大的商業(yè)成功。

想要真正走向消費者的餐桌，還有很漫長的一段路。但是，相信解決這些現(xiàn)有難題都只是時間問題。說不定，就在不久的未來，就會有更多的美味被3D打印出來......

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